بررسی روند تکامل کیفی آبهای سطحی حوزه آبریز رودخانه هلیل رود با استفاده از پارامترهای فیزیکوشیمیایی و تکنیکهای آماری چند متغیره

110 شماره سی و یکم بهار 1397 بررسی روند تکامل کیفی آبهای سطحی حوزه آبریز رودخانه هلیل رود با استفاده از پارامترهای فیزیکوشیمیایی و تکنیکهای آماری چند متغیره 1 محمد فاریابی تاریخ ارسال: 1395/11/81 تاریخ پذیرش: 1391/11/11 چکیده رودخانه هلیلرود مهمترین رودخانه استان کرمان است و نقش مهمی در تامین نیاز آبی منطقه ایفا میکند. بنابراین مطالعات ارزیابی کیفی آن اهمیت ویژهاي دارد. در این تحقیق با استفاده از نتایج آنالیز شیمیایی آب در 12 ایستگاه آبسنجی روند تکامل هیدروشیمیایی آبهاي سطحی حوزه آبریز رودخانه هلیل رود بررسی شده است. در این مطالعه از روشهاي کیفی معمول در مطالعات کیفی و روشهاي آماري جهت بررسی کیفیت آب رودخانه استفاده شده است. نمودارهاي هیدروشیمیایی مانند دیاگرام پایپر و سريهاي مکانی جهت بررسی روند تغییرات کیفی آب رودخانه بکار گرفته شدهاند. جهت بررسی اندرکنش بین سنگها رسوبات و آب رودخانه از نرم افزار PHREEQC استفاده شده و شاخص اشباع مهمترین کانیهاي محلول در آب محاسبه شده است. همچنین روشهاي آماري چند متغیره مانند آنالیز خوشهاي و تحلیل عاملی جهت بررسی عوامل موثر بر کیفیت شییمایی آب رودخانه بکار گرفته شدهاند. نتایج حاصل از این تحقیق بیانگر آن است که میزان مجموع امالح از ارتفاعات به سمت دشت در مسیر رودخانه اصلی افزایش مییابد که علت این امر انحالل مواد موجود در مسیر رودخانه است. بر اساس نتایج حاصل از این تحقیق انحالل سنگ ها و رسوبات در آب رودخانه نزوالت جوي و تبخیر سطحی مهمترین عوامل موثر بر کیفیت آب هاي سطحی در منطقه مورد مطالعه هستند. واژه های کلیدی: تکامل هیدروشیمیایی روشهای آماری رودخانه هلیل رود کیفیت آب. 1 دکتري هیدروژئولوژي استادیار دانشکده منابع طبیعی دانشگاه جیرفت. آدرس: گروه مرتع و آبخیزداري دانشکده منابع طبیعی دانشگاه جیرفت جیرفت کیلومتر 1 جاده بندرعباس تلفن: 09122696496 پست الکترونیک: Faryabi753@yahoo.com

114 شماره سی و یکم بهار 1397 مقدمه حدود یک درصد از منابع آب شامل آبهاي جاري تاالب ها و دریاچه ها است که توسط انسان قابل بهرهبرداري و استفاده مستقیم می باشد ( Dodds al, 2002 )et رودخانهها از مهمترین منابع آب سطحی بوده و یکی از اجزاي مهم چرخه هیدرولوژي هستند. کیفیت کاهش عوامل محیطی تاثیر تحت شدت به که رودخانهها قرار دارند یکی از نگرانی هاي حال حاضر در مدیریت کیفی منابع آب میباشد ( et Singh.)al, 2004 رودخانهها یکی از منابع مهم تأمین آب کشاورزي شرب و صنعتی هستند. با گسترش مناطق و شهري نیز افزایش بهرهبرداري یافته منابع آب از آلودگی است )حسینی و همکاران رودخانهها.)1211 بنابراین مطالعه عوامل موثر بر کیفیت آب رودخانهها و روند تغییرات کیفی آن براي مدیریت بهینه منابع آب ضروري به نظر می رسد. 1 استفاده از شاخصهاي کیفیت آب یکی از روش- هاي معمول در بررسی کیفیت آب رودخانهها است. اگرچه شاخص هاي کیفیت آب روش مفیدي را براي پیش در تغییرات کیفیت بینی اما کنند می فراهم آب شواهدي از عوامل موثر بر کیفیت آب را بیان نمیکنند 2010( al.,.)razmkhah et بنابراین براي ارزیابی کیفیت آب رودخانهها باید پارامترهاي کیفی مختلف گیرند. طول زمان مطالعات در رودخانهها اندازهگیري زیادي و ایران در شده و خصوص انجام جهان مورد بررسی شده بررسی کیفیت که است قرار آب در ادامه به برخی از آنها اشاره میشود. Simeonov et al., 2003 به منظور ارزیابی کیفیت آب سطحی در شمال یونان 27 پارامتر کیفی مربوط به پنج رودخانه و آبراهههاي آنها را با استفاده بررسی کردند. این محققان فیزیکوشیمیایی طبقه بندي کردند. کیفیت آب هندوستان از روشهاي آماري براساس ویژگیهاي کیفیت آب رودخانه را در چهار گروه رودخانههاي Samantray et al., 2009 ماهانادیا و در آتاوابانکی را با استفاده از پارامترهایی مانند اکسیژن محلول هدایت الکتریکی ph دما و بررسی BOD کردند. نتایج این تحقیق نشان داد که کیفیت آب رودخانهها به دلیل فعالیتهاي انسانی و صنعتی تخریب شده است. فریادي و همکاران )1291( کیفیت آب رودخانه تجن را با استفاده از روشهاي آماري چندمتغیره بررسی کردند. نتایج این مطالعه نشان داد که زمینشناسی منطقه مهمترین عامل موثر بر کیفیت آب رودخانه است. صادقی و همکاران )1296( کیفیت آب رودخانه زرین گل در استان گلستان را با استفاده از شاخصهاي کیفی مطالعه کردند. نتایج این تحقیق نشان داد پارامترهاي تاثیرگذار بر کیفیت آب رودخانه شامل کل جامدات محلول کدورت نیترات درجه حرارت و کلی فرم مدفوعی است. همچنین کیفیت آب رودخانه براي کشاورزي مناسب بوده ولی براي مصارف شرب باید تصفیه شود. میرسجادي و همکاران )1296( از روشهاي آماري چندمتغیره و شاخصهاي اشباع در برررسی کیفیت آب زیرزمینی دشت مرند استفاده کردند. نتایج این تحقیق نشان داد که عواملی مانند تغذیه از رودخانه رسوبات آبخوان و تبخیر از آبخوان ترکیب شیمیایی آب زیرزمینی را تحت تاثیر قرار داده- اند. زهري شیلسر و غالمی سفیدکوهی )1296( هدایت هیدرولیکی اشباع خاک اراضی شمالی رودخانه- هاي قره سو-گرگانرود را با استفاده از توابع انتقالی مطالعه کردند. نتایج این مطالعه نشان داد که خصوصیات فیزیکی و شیمیایی آب منطقه به صورت توأمان تأثیر بیشتري بر هدایت هیدرولیکی اشباع خاک دارد و ترکیب این پارامترها در اعماق مختلف باعث افزایش دقت در تخمین هدایت هیدرولیکی اشباع می- شود. هدف از این تحقیق بررسی کیفیت تکامل هیدروشیمیایی و عوامل موثر بر آب رودخانه هلیل رود در استان کرمان است. بدین منظور از تلفیقی از روش- هاي هیدروشیمایی و آماري استفاده شده است. روش- هاي تفسیر دادههاي کیفی بکار گرفته شده در این تحقیق شامل نمودار سري مکانی نمودار پایپر و شاخص اشباع مهمترین کانیهاي محلول در آب 1 Water Quality Index (WQI)

117 شماره سی و یکم بهار 1397 هستند. این روشها براي تعیین تعیین منشاء امالح مختلف در آب رودخانه و بررسی روند تکامل هیدروشیمیایی آبهاي سطحی حوزه آبریز رودخانه هلیلرود مورد استفاده قرار گرفتهاند. بدلیل حجم زیاد دادههاي هیدروشیمیایی این داده با استفاده از نرمافزار Spluss مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند و از روش- هاي آماري مانند آنالیز خوشه اي و تحلیل عاملی جهت تعین عوامل موثر بر کیفیت آبهاي سطحی حوزه آبریز رودخانه و بررسی سهم عوامل مختلف در تعیین کیفیت آب استفاده شده است. مواد و روشها منطقه مورد مطالعه رودخانه هلیل رود پرآبترین رودخانه استان کرمان بوده که از دامنههاي جنوبی کوههاي اللهزار و بیدخان سرچشمه میگیرد. شاخههاي اولیه این رودخانه شامل رودخانههاي سلطانی بافت رابر و سید مرتضی میباشند. این رودخانه پس از زهکشی فالت مرتفع بافت به سمت جنوبشرقی حوزه جازموریان غربی جریان مییابد. مسیر رودخانه در این بخش کامال کوهستانی است و در منتهیالیه این بخش سد مخزنی جیرفت واقع شده است. رودخانه پس از عبور از دره هلیل و شهر جیرفت وارد دشت رودبار شده و سپس در امتداد مشرق جریان یافته و به هامون جازموریان متصل میگردد. میانگین دبی ساالنه رودخانه هلیلرود در ایستگاه کهنک شیبانی )آخرین ایستگاه هیدرومتري بر روي رودخانه هلیل( 614/1 میلیون متر مکعب می- باشد. طول رودخانه هلیل رود از سرچشمه تا هامون جازموریان 660 کیلومتر و مساحت حوزه آبریز آن در حدود 21642 کیلومتر مربع است )مهندسین مشاور یکم 1214(. دوازده ایستگاه آبسنجی بر روي این رودخانه و سرشاخههاي آن در استان کرمان در فاصله سالهاي 1269 تا 1207 احداث شده است. موقعیت این ایستگاهها در شکل 1 ارائه شده است. لیتولوژي سازندهاي موجود در حوزه آبریز رودخانه هلیل رود ترکیبی از سنگهاي دگرگونی )مرمر شیست آمفیبولیت و گنیس( سنگهاي آذرین )گرانیت دیوریت آندزیت گابرو و بازالت( و سنگهاي رسوبی )آهک ماسه سنگ کنگلومرا شیل و مارن ژیپسدار( است. بخشی از حوزه بخصوص در مناطق کم ارتفاع نیز از رسوبات آبرفتی پوشیده شده است )عباسنژاد.)1217 روش مطالعه جهت بررسی کیفیت شیمیایی آبهاي سطحی در حوزه رودخانه هلیل رود از آمار کیفیت آب در دوازده ایستگاه آبسنجی استفاده شده است )شکل.)1 پارامترهاي کیفی آب رودخانه شامل هدایت الکتریکی مجموع مواد جامد محلول کاتیونها و آنیونهاي اصلی )شامل کلسیم منیزیوم سدیم بیکربنات سولفات و کلراید( در ایستگاهها به صورت ماهانه اندازهگیري می- شود. از آنجایی که زمان تاسیس ایستگاههاي آبسنجی متفاوت میباشد )1269 تا 1207( جهت بررسی کیفیت آب رودخانه یک دوره آماري مشترک که همه ایستگاهها داراي دادههاي مناسبی بودند در نظر گرفته شد. این دوره آماري از فروردینماه 1270 آغاز شده و تا فرودین ماه 1296 ادامه دارد. بدلیل حجم زیاد داده- ها میانگین کیفیت شیمیایی آب رودخانه در ایستگاه- هاي آبسنجی محاسبه شده است )جدول 1(. جهت بررسی صحت آنالیز نمونههاي آب از روش توازن جرمی طبق رابطه 1 استفاده شده است. طبق این رابطه در صورتی که خطاي آزمایش کمتر از پنج درصد باشد میتوان به صحت آنالیزها اطمینان داشت ( and Todd.)Mays, 2005 ) 1( در این رابطه Cations Anions Error 100 Cations Anions Σ Anions و Σ Cations به ترتیب نشاندهنده مجموع کاتیونها و مجموع آنیون ها است. نتایج حاصل از تعیین صحت آنالیز نمونههاي آب در این مطالعه نشان داد که خطاي آنالیز همه نمونههاي آب رودخانه کمتر از پنج درصد است. بنابراین از نتایج آنالیز همه ایستگاهها در این تحقیق استفاده شده است.

شماره سی و یکم بهار 1397 111 شکل )1(: موقعیت ایستگاههای آبسنجی در منطقه مورد مطالعه جدول )1(: میانگین نتایج آنالیز شیمیایی ایستگاههای آبسنجی رودخانه هلیلرود و سرشاخههای آن )دوره آماری 91-1375( نام ایستگاه سلطانی نام رودخانه EC ph HCO 3 Cl SO 4 Ca Mg Na µmohs/cm meq/l /701 سلطانی 00 7/ 92 6/ 01 1/ 47 2/ 10 2/ 12 1/ 92 2/ 72 /606 بافت پل بافت 20 7/ 10 2/ 00 0/ 04 0/ 70 2/ 16 1/ 12 0/ 77 /602 رابر چشمه عروس 21 7/ 16 2/ 01 0/ 47 0/ 92 2/ 11 1/ 00 0/ 94 /091 دلفارد کلدان 04 7/ 46 2/ 47 0/ 79 1/ 74 2/ 26 1/ 11 1/ 16 /792 هلیل کناروئیه 42 7/ 72 2/ 19 2/ 04 4/ 04 2/ 24 2/ 60 4/ 41 /044 رمون قلعه ریگی 04 7/ 77 2/ 11 0/ 41 2/ 61 2/ 07 1/ 41 1/ 72 /622 سید مرتضی میدان 00 7/ 74 2/ 01 0/ 64 1/ 06 2/ 12 1/ 21 1/ 19 /929 رودر هنجان 12 7/ 49 2/ 72 2/ 26 2/ 70 2/ 04 2/ 09 2/ 42 /929 سغدر 72 7/ 41 6/ 94 2/ 47 2/ 09 2/ 69 2/ 17 0/ 07 زارین /162 هلیل حسین آباد 60 7/ 94 2/ 94 1/ 96 2/ 79 2/ 42 1/ 44 6/ 60 /1262 شور دهرود 47 7/ 90 2/ 49 0/ 12 2/ 22 2/ 10 1/ 12 1/ 12 /1276 هلیل کهنک شیبانی 46 7/ 12 2/ 46 6/ 20 4/ 04 2/ 01 2/ 42 1/ 74

119 شماره سی و یکم بهار 1397 در این مطالعه جهت تعیین تیپ آب در ایستگاه- هاي آبسنجی و بررسی روند تکامل کیفی آب رودخانه از نمودار پایپر استفاده شده است. بدلیل حجم زیاد دادههاي هیدروشیمیایی این داده با استفاده از نرمافزار Splussمورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند و از روش- هاي آماري مانند آنالیز خوشه اي و تحلیل عاملی جهت تعین عوامل موثر بر کیفیت آبهاي سطحی حوزه استفاده شده است. شکل 2 فلوچارت روش کار در این تحقیق را نشان میدهد. شکل) 3 (: فلوچارت روش تحقیق دیاگرام پایپر دیاگرام پایپر براي نمایش گرافیکی نتایج آنالیز شیمیایی نمونههاي آب دسته بندي نمونهها تعیین تیپ و رخساره شیمیایی آب و بررسی روندهاي تکامل کیفی نمونههاي آب بکار برده میشود )1944.)Piper, این نمودار از دو مثلث و یک لوزي تشکیل شده است. یکی از مثلثها مربوط به کاتیونها و مثلث دیگر مربوط به آنیونها است. درصد یونهاي مختلف روي مثلثها عالمتگذاري شده و نقاط متنایر مثلثها بر روي لوزي میانی تصویر میشود. با توجه به موقعیت نمونههاي آب روي دیاگرام پایپر میتوان به طور تجربی منشاء نمونههاي آب و واکنشهاي رخ داده در مسیر جریان آب را شناسایی کرد )2001.)Fetter, چهار نتیجه اساسی را میتوان از دیاگرام پایپر استنباط کرد که عبارتند از نوع )تیپ( آب رسوبگذاري یا انحالل اختالط و تبادل یونی. براي مثال اگر یک سري از نمونههاي آب در امتدا یک خط راست قرار گیرند این روند نشاندهنده رسوبگذاري یا انحالل است. اگر دو آب با یکدیگر مخلوط شوند ترکیب آب اختالطی روي یک خط راست منتهی به دو ترکیب آب اولیه قرار می- گیرد 1995(.)Hounslow, شاخص 1 اشباع کانیها شاخص اشباع براي یک کانی از رابطه 2 محاسبه می- شود : ) 2( در این رابطه SI log IAP Ksat SI IAP Ksat نشانده میزان شاخص اشباع اکتیویته کانی مورد نظر )ضریب فعالیت یونی( و ثابت تعادل براي انحالل یک کانی که معموال ضریب انحاللپذیري نامیده میشود. اگر مقدار شاخص اشباع کمتر از صفر باشد نشاندهنده این است که آب نسبت به کانی مورد نظر تحت اشباع است و این کانی در حال انحالل در آب است. در صورتی که شاخص اشباع کانی بزرگتر از صفر باشد آب نسبت به آن کانی 1 Saturation Index

190 شماره سی و یکم بهار 1397 فوق اشباع بوده و کانی مورد نظر در حال رسوبگذاري در آب است. اگر شاخص اشباع برابر با صفر باشد نشاندهنده این است که آب نسبت به آن کانی اشباع و در حال تعادل است )1995.)Hounslow, در مباحث مربوط به شاخص اشباع ذکر این مطلب ضروري است که شاخص اشباع فقط نشان میدهد که چه واکنشی به لحام ترمودینامیکی اتفاق میافتد ولی نرخ انجام فرآیند را مشخص نمینماید )رحیمی 1212(. جهت محاسبه شاخص اشباع کانیها در این مطالعه از نرم افزار PHREEQC استفاده شده است. شاخص اشباع کانیهایی مانند کلسیت آراگونیت دلومیت ژیپس انیدریت و هالیت با استفاده از نتایج آنالیز نمونههاي آب محاسبه شده است. با استفاده از مقدار شاخص اشباع کانیها در این تحقیق مشخص شده که وضعیت انحالل و رسوبگذاري کانیهاي مختلف در آب رودخانه- ها به چه صورت است. 1 آنالیز خوشهای آنالیز خوشهاي یک عنوان کلی براي یک سري از روشهاي ریاضی است که براي پیدا کردن شباهت بین افراد در یک مجموعه بکار میروند. هدف از آنالیز خوشهاي اوال پیدا کردن دستههاي واقعی افراد و ثانیا کاهش تعداد دادهها است )قدیمی 1290(. در آنالیز خوشهاي هیچ فرض مرتبط با تعداد گروهها یا ساختار آنها وجود ندارد )اسالمیان و همکاران 1216(. در این مطالعه براي سنجش میزان تشابه متغیرهاي کیفیت شیمیایی آب رودخانهها و تعیین یونهاي مشابه از روش آنالیز خوشهاي و فاصله اقلیدسی آنها استفاده شد. براي اینکار از نرمافزار Spluss کمک گرفته شد. نتایج حاصل از آنالیز خوشهاي در این مطالعه یونهاي با رفتار مشابه در آبهاي سطحی حوزه را شناسایی کرده و میتواند به تعیین منشاء امالح آب کمک کند. 3 تحلیل عاملی تحلیل عاملی یک روش آماري چند متغیره است که هدف آن ساده کردن است که اي پیچیده روابط بین متغیرهاي مشاهدهاي وجود دارد )قدیمی 1290(. این روش یک روش مفید براي تفسیر دادههاي کیفی آب و ارتباط دادن آنها با فرآیندهاي خاص هیدرولوژیکی است. هدف اصلی از چنین آنالیزهایی یافتن چند عامل یا فاکتور است که میتوانند پراکندگی دادههاي هیدروشیمیایی را توجیه کنند. در مطالعات کیفیت آب نتایج آنالیزهاي شیمیایی نمونههاي آب به عنوان متغیرهاي مشاهدهاي در نظر گرفته میشود )رحیمی 1212(. همبستگی هر متغیر با هر عامل بار 2 عاملی نامیده میشود ( Siraz, Jaukumar and 1997(. تفسیر و تعیین منشاء هر یک از فاکتورها بر اساس بارهاي عاملی شرایط هیدرولوژیکی شرایط زمینشناختی و فرآیندهاي هیدروشیمیایی صورت می- گیرد )قدیمی 1290(. هدف از بکارگیري روش تحلیل عاملی در این مطالعه تعیین فاکتورها و عواملی است که بر کیفیت آب سطحی حوزه آبریز رودخانه هلیلرود تاثیر میگذارند. نتایج و بحث روند تکامل کیفی آب های سطحی نتایج آنالیز شیمیایی نمونههاي آب رودخانهها در جدول 2 بیانگر این است که یونهاي سولفات و کلراید بیشترین و یون سدیم کمترین مقدار تغییرات را در آبهاي سطحی حوزه نشان میدهند. با توجه به نمودار پایپر میانگین آب ایستگاههاي آبسنجی )شکل )2 تیپ آب در ایستگاههاي سلطانی پل بافت چشمه عروس زارین کلدان و میدان بیکربناته است این ایستگاهها در سرشاخههاي رودخانه هلیل رود در ارتفاعات منطقه قرار گرفتهاند. تیپ آب در ایستگاههاي هنجان حسینآباد قلعهریگی کناروئیه و کهنک شیبانی سولفاته است که مهمترین علت آن انحالل 2 Factor Analysis 3 Factor loading 1 Cluster Analysis

191 شماره سی و یکم بهار 1397 از میان مسیر نسبتا تنگی عبور میکند اما با ورود آب به دشت سطح بستر رودخانه افزایش یافته و با توجه به میزان تبخیر باال در دشت میزان یون کلراید محلول در آب رودخانه افزایش مییابد. با توجه به نمودار پایپر )شکل 2( روندهاي تکاملی آب هاي سطحی در منطقه مورد مطالعه به شرح زیر است: الف- افزایش یون سدیم نسبت به کلسیم و منیزیوم در مسیر رودخانه که این موضوع بخوبی در مثلث مربوط به کاتیونها در نمودار پایپر مشاهده می- شود. ب- در مثلث آنیونها دو روند مشهود است: 1- روند اصلی در جهت افزایش سولفات آب در مسیر رودخانه اصلی است 2- مسیر فرعی مربوط به تغییر رخساره از بیکربناته به کلروره در ایستگاه دهرود است. رسوبات سولفاته در مسیر رودخانه است. تیپ آب در ایستگاه دهرود کلروره است. با توجه به اینکه تیپ آب در ایستگاههاي باال دست آن )زارین و کلدان( بی- کربناته میباشد مهمترین دلیل این امر تغییر اقلیم منطقه با ورود این شاخه از رودخانه به دشت جیرفت و انحالل کانیهاي تبخیري مانند هالیت )NaCl( در مسیر رودخانه است. ورود رودخانه از بخش کوهستانی به دشت و افزایش میزان تبخیر باعث ایجاد تیپ کلروره در این ایستگاه شده است. جهت مقایسه تبخیر در بخش کوهستانی و دشت از دادههاي ایستگاههاي تبخیرسنجی زارین و حسین آباد استفاده شد. ایستگاه زارین در بخش کوهستانی قرار گرفته و ایستگاه حسینآباد در ابتداي دشت جیرفت واقع شده است. این مقایسه نشان داد که میزان تبخیر در دشت بیش از 900 میلیمتر بیشتر از بخش کوهستانی است. به عالوه مسیر رودخانه در بخش کوهستانی کم عرض بود و آب شکل )3(: نمودار پایپر متوسط نمونه های آب در ایستگاههای آبسنجی در منطقه مورد مطالعه در شکل 6 سري مکانی یونهاي سدیم کلراید و سولفات ارائه شده است. همانطور که دراین شکل مشاهده میشود توزیع مکانی یونهاي سدیم و کلر شباهت بسیار زیادي با هم دارد. این موضوع نشان دهنده منشاء یکسان این دو یون در آب رودخانهها است که میتوان آن را به انحالل هالیت نسبت داد.

لیتردرگرم میلی شماره سی و یکم بهار 1397 192 Na clay + Mg2+ === 2Na2+ + Mg Clay ) 2( در ایستگاه دهرود میزان اختالف بین یونهاي مقدار یون سدیم در بعضی از ایستگاهها مانند حسین آباد و کناروئیه بیش از یون کلسیم میباشد و در ایستگاه کهنک شیباتی )آخرین ایستگاه( این اختالف به بیش از 60 میلیگرم بر لیتر میرسد مهمترین دلیل این موضوع وقوع فرآیند تبادل یونی است. در این فرآیند یون سدیم موجود در رسوبات و کانیهاي رسی جایگزین یونهاي کلسیم و منیزیوم آب رودخانه می- شود. فرآیند تبادل یونی بر حسب واکنش زیر صورت میگیرد 1995( :)Hounslow, کلراید و سدیم به کمترین مقدار خود )نزدیک به صفر( میرسد که تبخیر شدید و انحالل هالیت در آب رودخانه در محل این ایستگاه را تائید میکند. با توجه 6 به شکل الگوي پراکندگی مکانی یون سولفات نیز شباهت زیادي را با یون سدیم نشان میدهد که می- تواند بیانگر انحالل کانیهاي سولفاته غنی از سدیم در آب رودخانه باشد )1995.)Hounslow, 350 300 Na Cl SO4 250 200 150 100 50 0 کهنک شیبانی هنجان کاووس آباد میدان قلعه ریگی کناروئیه کلدان زارین دهرود حسین آباد چشمه عروس پل بافت سلطانی شکل )1(: سری مکانی یونهای سدیم کلراید و سولفات نمونههای آب در ایستگاههای آبسنجی در شکل 0 میزان یونهاي محلول آب رودخانه در برابر ارتفاع ایستگاههاي آبسنجی نشان داده شده است. مقدار هدایت الکتریکی و یونهاي سولفات و کلراید با افزایش ارتفاع ایستگاههاي آبسنجی کاهش مییابد اما یونهاي بیکربنات و کلسیم روند خاصی با افزایش ارتفاع ایستگاهها نشان نمیدهند دلیل این موضوع به علت منشاء متفاوت این یونها است. منشاء یونهاي سولفات و کلر سازندهاي موجود در مسیر رودخانه است بنابراین با افزایش مسیر جریان رودخانه )کاهش ارتفاع ایستگاههاي آبسنجی( میزان این یونها افزایش مییابد ولی منشاء یون بیکربنات عمدتا است. به همین دلیل روند تقریبا یکسانی در مقدار یون بی- کربنات در ایستگاههاي آبسنجی مشاهده میشود. شاخص اشباع کانیها در آب رودخانه شاخص اشباع کانیهاي کلسیت دلومیت آراگونیت ژیپس انیدریت و هالیت آب رودخانه در ایستگاههاي آبسنجی محاسبه شده است. نتایج این محاسبات نشان داد که آبهاي سطحی حوزه آبریز رودخانه هلیل رود نسبت به کانیهاي کلسیت دلومیت و آراگونیت فوقاشباع هستند بنابراین این کانیها عموما در آب رودخانهها در حال رسوبگذاري هستند. آبهاي سطحی منطقه مورد مطالعه نسبت به کانیهاي ژیپس انیدریت و هالیت تحت اشباع هستند بنابراین این کانیها در آب رودخانهها انحالل مییابند و دلیل اصلی ایجاد رخسارههاي سولفاته و کلروره در آب ایستگاههاي آبسنجی منطقه مورد مطالعه میباشند.

SI Dolomite SI Gypsum SI Halite HCO3 (mg/l) Ca+HCO3 (mg/l) Ca + SO4 (mg/l) Cl (mg/l) EC SO4 (mg/l) شماره سی و یکم بهار 1397 در شکل 4 روابط بین شاخص اشباع کانیها و یونهاي موجود در آب رودخانهها ارائه شده است. همانطور که در این شکل مشاهده میشود رابطه مستقیمی بین شاخص اشباع کانیهاي کلسیت و دلومیت مشاهده 192 میشود. از طرفی شاخص اشباع کانیهاي ژیپس و هالیت به ترتیب با افزایش یون سولفات و مجموع یون- هاي سدیم و کلر افزایش مییابند )شکل 4(. 1500 200 1000 150 100 500 50 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Elevation (m) 300 250 200 150 100 50 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Elevation (m) 300 250 200 150 100 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Elevation (m) 200 150 100 50 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Elevation (m) 300 250 200 150 100 50 50 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 Elevation (m) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Elevation (m) شکل )5(: نمودارهای غلظت یونهای مختلف آبهای سطحی در مقابل ارتفاع ایستگاههای آبسنجی 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 0.2 0.4 0.6 SI Cacite -1-1.2-1.4-1.6-1.8-2 -2.2-2.4 0 100 200 300 400 500 Ca + Mg +SO4-5 -5.5-6 -6.5-7 -7.5-8 -8.5 0 100 200 300 400 500 Na + Cl شکل )1(: روابط بین شاخصهای اشباع در ایستگاههای آبسنجی رودخانه هلیل رود

شماره سی و یکم بهار 1397 196 آنالیز خوشهای نمودار درختی تشابه یونهاي موجود در آب رودخانهها در شکل 7 ارائه شده است. با توجه به این نمودار یونهاي سدیم و کلراید داراي بیشترین تشابه هستند. در مرحله بعدي یونهاي کلسیم و سولفات قرار دارند. این میزان تشابه زیاد میتواند نشاندهنده منشاء مشترک این یونها باشد بطوریکه مورد اول را میتوان به انحالل رسوبات تبخیري مانند هالیت و مورد دوم را میتوان به انحالل رسوبات سولفاته مانند ژیپس و انیدریت نسبت داد. در واقع نتایج آنالیز خوشهاي متغییرهاي کیفی آبهاي سطحی حوزه آبریز نشان- دهنده این است که انحالل رسوبات گچی )ژیپس و انیدریت( و رسوبات کلروره )هالیت( از مهمترین عوامل تاثیرگذار بر کیفیت آب هستند. شکل )7(: نمودار درختی متغیرهای کیفیت شیمیایی متوسط آب رودخانه هلیل رود در ایستگاههای آبسنجی تهیه یک تحلیل عاملی تحلیل عاملی اولین گام در روش ماتریس همبستگی از تمام متغیرهاي مورد مطالعه میباشد 2002( al.,.)guler et جدددول 2 ماتریس همبستگی پارامترهاي شیمیایی نمونه آب ایستگاههاي نشان میدهد. با توجه به این جدول را آبسنجی بیشترین میزان همبستگی بین یونهاي سدیم و کلر مشاهده میگردد )0/94= 2 R(. همبستگی خوبی نیز بین یونهاي کلسیم و منیزیوم )0/71= 2 R( سدیم و سولفات )0/11= 2 R( و سولفات و کلراید )0/41=R2( وجود دارد که بهنوعی نشان دهنده منشاء یکسان این یونها است.

190 شماره سی و یکم بهار 1397 جدول )3(: ماتریس ضرایب همبستگی پارامترهای شیمیایی نمونه آب ایستگاههای آبسنجی EC 1 EC ph Ca 2+ Mg 2+ Na HCO 3 - ph 0 / 07 1 Ca 2+ 0 / 00-0/ 61 1 Mg 2+ 0 / 20-0/ 24 0 / 71 1 Na + 0 / 40-0/ 29 0 / 20 0 / 41 1 - HCO 3 0 / 60 0 / 10 0 / 06 0 / 66 0 / 21 1 Cl - 0 / 40-0/ 11 0 / 19 0 / 06 0 / 94 0 / 20 1 Cl - SO 4 2- گام دوم در 2- SO 4 0 / 22-0/ 02 0 / 46 0 / 70 0 / 11-0/ 01 0 / 41 1 تحلیل عاملی مشخص کردن عوامل موثر بر متغیرهاي آماري است. مدل عاملی بکار گرفته در این تحقیق شامل سه نتایج حاصل از تحلیل عاملی سنجی در جدول 2 هشت عامل و متغیر است. براي ایستگاههاي آب- ارائه شده است. براي مثال در ایستگاه آبسنجی سلطانی )شکل 1 ( این عاملها حدود %14 از کل میزان اشتراک را در بر دارند. بطوري که از این مقدار %60 بوسیله عامل یک %21 توسط عامل دو و %20 بوسیله عامل سه تبیین میشود )جدول 2 (. بر این اساس عامل یک را میتوان به فرآیند انحالل کانی- هاي سولفاته غنی از سدیم )ژیپس( نسبت داد زیرا یون سولفات و سدیم داراي بار عاملی باال هستند. عامل دوم را میتوان به نسبت داد زیرا یونهاي کلسیم و بیکربنات بار عاملی باالیی دارند. در عامل سوم کلر باالترین بار عاملی را نشان میدهد که نشان- دهنده انحالل کانیهاي کلروره باشد. عوامل مهم و موثر بر کیفیت آب به همین صورت براي سایر ایستگاه- ها تعیین شدهاند )جدول 2(. با توجه به جدول 2 2 مهمترین عوامل موثر بر کیفیت شیمیایی آبهاي سطحی حوزه آبریز رودخانه هلیلرود عبارتند از: : یکی از مهمترین عوامل موثر بر کیفیت آب رودخانه هلیل است. در قسمتهاي مرتفع منطقه که میزان بیشتر است تاثیر بر کیفیت شیمیایی آب نیز بیشتر است. براي مثال در ایستگاه هنجان که ارتفاع بیشتري نسبت به ایستگاه حسین آباد و کهنک شیبانی دارد 46 درصد از کل میزان اشتراک فاکتورهاي موثر بر کیفیت آب را داراست در حالی که این میزان در ایستگاه حسین آباد به 21 درصد و در ایستگاه کهنک شیبانی به 12 درصد از کل میزان اشتراک فاکتورها کاهش مییابد. انحالل کانیهای سولفاته: با توجه به جدول 2 و انحالل کانیهاي سولفاته کلسیم دار سدیمدار و منیزیومدار کیفیت آب رودخانهها را تحت تاثیر قرار داده است. انحالل کانیهای کلروره: بر اساس نتایج حاصله انحالل کانیهاي کلروره و بخصوص هالیت نقش مهمی در تغییر کیفیت آب دارد به طوريکه در ایستگاه دهرود باعث ایجاد تیپ کلروره سدیک شده است.

شماره سی و یکم بهار 1397 194 شکل )0(: تعین عوامل موثر بر کیفیت آب ایستگاه سلطانی با استفاده از روش تحلیل عاملی

197 شماره سی و یکم بهار 1397 جدول )3(: نتایج حاصل از تحلیل عاملی نمونههای آب ایستگاههای آبسنجی نام ایستگاه و رودخانه سلطانی )رودخانه سلطانی( پل بافت )رودخانه بافت( چشمه عروس )رودخانه رابر( هنجان )رودخانه رودر( میدان )رودخانه سید مرتضی( قلعه ریگی ( رودخانه رمون( کناروئیه ( رودخانه هلیل( کلدان )رودخانه دلفارد( زارین )رودخانه سغدر( دهرود )رودخانه شور جیرفت( حسین آباد )رودخانه هلیل( کهنک شیبانی )رودخانه هلیل( عامل اول / درصد اشتراک انحالل سولفاتهاي سدیم دار 60 انحالل کانیهاي کلروره 20 انحالل کانیهاي کلروره )هالیت( 09 46 انحالل سولفاتهاي سدیم دار 22 انحالل کانیهاي کلروره و سولفاتهاي سدیمدار 40 انحالل سولفاتهاي سدیمدار 69 29 انحالل کانیهاي کلروره )هالیت( 01 انحالل کانیهاي کلروره )هالیت( 62 انحالل سولفاتهاي سدیمدار 02 انحالل کانیهاي کلروره عامل سوم / درصد اشتراک عامل دوم / درصد اشتراک انحالل کانیهاي کلروره 20 21 انحالل سولفاتهاي سدیمدار 21 22 انحالل سولفاتهاي کلسیم دار 14 19 انحالل سولفاتهاي منیزیوم دار انحالل سولفاتهاي کلسیم دار 17 17 0/66 انحالل سولفاتهاي کلسیم دار 10 19 انحالل سولفاتهاي منیزیوم دار 17 19 انحالل سولفاتهاي منیزیوم دار 14 21 27 انحالل سولفاتهاي سدیمدار و کلسیم دار 24 21 انحالل سولفاتهاي سدیمدار 12 61 62 نتیجهگیری در این تحقیق روند تکامل کیفی و عوامل موثر بر کیفیت آبهاي سطحی در حوزه آبریز رودخانه هلیل- رود با استفاده از دادههاي آنالیز شیمیایی آب ایستگاه- هاي آبسنجی موجود در منطقه بررسی شده است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که یونهاي سولفات و کلراید بیشترین و یون سدیم کمترین مقدار تغییرات را در آبهاي سطحی حوزه رودخانه هلیلرود نشان میدهند. همین یونها نیز تعیین کننده تیپ آب رودخانه هستند. تیپ آب در ایستگاههاي سلطانی پل بافت چشمه عروس زارین کلدان و میدان بیکربناته است که علت این موضوع قرار گرفتن این ایستگاهها در سرشاخههاي رودخانه هلیل رود و در ارتفاعات منطقه است. تیپ آب در ایستگاههاي هنجان حسینآباد قلعهریگی کناروئیه و کهنک شیبانی سولفاته است که مهمترین علت آن انحالل رسوبات سولفاته در مسیر رودخانه است و سرنجام تیپ آب در ایستگاه دهرود به علت تبخیر زیاد و انحالل هالیت کلروره است. با توجه به نتایج این تحقیق دو روند در تکامل هیدروشیمیایی در آبهاي سطحی منطقه مورد مطالعه میتوان تشخیص داد: در مورد کاتیونها افزایش یون سدیم نسبت به کلسیم و منیزیوم در مسیر رودخانه مشاهده میشود. در مورد آنیونها روند اصلی در جهت افزایش سولفات آب در مسیر رودخانه اصلی است و مسیر فرعی مربوط به تغییر رخساره از بیکربناته به کلروره در ایستگاه دهرود است. مهمترین دلیل این امر تغییر اقلیم منطقه با ورود این شاخه از رودخانه به دشت جیرفت و انحالل کانیهاي تبخیري مانند هالیت در مسیر رودخانه است. آبهاي سطحی منطقه مورد مطالعه نسبت به کانیهاي کلسیت دلومیت و آراگونیت فوقاشباع بوده و بنابراین این کانیها در آب رودخانه در حال رسوبگذاري هستند اما آب رودخانه هلیل

شماره سی و یکم بهار 1397 191 نسبت به کانیهاي ژیپس انیدریت و هالیت تحت اشباع است بنابراین این کانیها در آب رودخانه انحالل مییابند و دلیل اصلی ایجاد رخسارههاي سولفاته و کلروره در آبهاي سطحی حوزه رودخانه هلیل رود میباشند. نتایج حاصل از آنالیز خوشهاي پارامترهاي فیزیکوشیمیایی نمونههاي آب رودخانهها نشان داد که بیشترین میزان تشابه بین یونهاي سدیم و کلر وجود دارد. البته تشابه زیادي نیز بین یونهاي کلسیم منیزیوم و سولفات وجود دارد که به نوعی نشان دهنده منشاء یکسان این یونها است. با توجه به شرایط منطقه یکی از منابع مهم این یونها را میتوان انحالل کانیهاي سولفاته و کلروره دانست. این مورد موید مطالعات فریادي و همکاران )1291( و فخري و همکاران )1296( است. با توجه به نتایج حاصل از تحلیل عامل مهمترین عوامل موثر بر کیفیت آب رودخانه هلیلرود در محدوده مورد مطالعه و انحالل رسوبات سولفاته و کلروره هستند. نتایج حاصل از این تحقیق نشان داد که بکارگیري روشهاي معمول تفسیر دادههاي کیفی آب همراه با روشهاي آماري روش مناسبی جهت بررس کیفیت منابع آب است. منابع اسالمیان س.س. س. سلطانی و ع. زارعی. 1216. کاربرد روشهاي آماري در علوم زیست محیطی. انتشارات ارکان. 260 ص. حسینی پ. ا. ر. ایلدرومی و ا.ر حسینی. 1211. بررسی کیفیت آب رودخانه ي کارون با استفاده از شاخص در بازه زرنگان تا کوت امیر در دوره 0 ساله. مجله انسان و محیط زیست سال یازدهم شماره 20 ص 1-11. NSFWQI رحیمی م.ح. 1212. بررسی هیدروژئولوژیکی دشتهاي زویرچري و خران. پایان نامه کارشناسی ارشد دانشگاه شهید چمران اهواز. زهري شیلسر س. و م.ع. غالمی سفیدکوهی. 1296. توسعه توابع انتقالی با استفاده از خصوصیات فیزیکی و شیمیایی اعماق مختلف خاک جهت برآورد هدایت هیدرولیکی اشباع. نشریه پژوهش هاي حفایت آب و خاک جلد 22 شماره 2 ص استان گل.21-27 صادقی م. ا. باي ن. باي ن. سفالیی م. ه. مهدي نژاد و م. مالح. 1296. تعیین وضعیت کیفیت آب رودخانه زرین شاخص کاربرد با گلستان فصلنامه بهداشت در عرصه دوره سوم شماره 2 ص کیفی آب )NSFWQI( ایران سطحی آبهاي کیفیت شاخص و.)IRWQI(.27-22 عباس نژاد ا. 1217. پهنه بندي خطر سیل در حوضه آبریز هلیل رود با استفاده از.GIS گزارش طرح تحقیقاتی دانشگاه شهید باهنر 209 ص. فخري م.س. ا. اصغري مقدم و م. نجیب. 1296. کاربرد آنالیزهاي چندمتغیره و شاخصهاي اشباع در ارزیابی کیفی آبهاي زیرزمینی دشت مرند. نشریه پژوهشهاي حفایت آب و خاک جلد 22 شماره 4 ص.117-122 فریادي س. ک. شاهدي و م. نباتپور. 1291. مطالعه پارامترهاي کیفیت آب رودخانه تجن با استفاده از تکنیکهاي آماري چند متغیره. پژوهشنامه مدیریت حوزه آبخیز سال سوم شماره 4 ص 92.70- قدیمی ف. 1290. کاربرد روشهاي آماري چند متغیره در تحلیل دادههاي علوم زمین و محیط زیست. انتشارات دانشگاه صنعتی اراک 200 ص. مهندسین مشاور یکم. 1214. مطالعات زیست محیطی حوزه جارموریان غربی مطالعات هیدرولوژي. 700 ص. Dodds, W.K. 2002. Freshwater Ecology: Concepts and Environmental Applications. Academic press, 456 p.

199 شماره سی و یکم بهار 1397 Fetter, C.W. 2001. Applied Hydrogeology. Prentice Hall Publishers. Guler, C., G. D. Thyne, J. E. McCray and A. K. Turner. 2002. Evaluation of graphical and multivariate statistical methods for classification of water chemistry data. Hydrogeology, 10: 455-474. Hounslow, A.W. 1995. Water Quality Data Analysis and Interpretation. CRC Press LLC, Lewis Publishers. Jaukumar, R. and L. Siraz. 1997. Hydrogeochemical evaluation of coastal aquifers using factor analysis. Environmental Geology, 31:174-177. Piper A.M. 1944. A graphic procedure in geochemical interpretation of water analyses. Transactions American Geophysical Union journal, 25: 914 923. Razmkhah, H., A. Abrishamchi and A. Torkian. 2010. Evaluation of spatial and temporal variation in water quality by pattern recognition techniques: A case study on Jajrood River (Tehran, Iran). Environmental Management, 91: 852-860. Samantray, P., K. B. Mishra, R. P. Chitta and P. R. Swoyam. 2009. Assessment of water quality index in Mahanadi and Atharabanki Rivers and Taldanda Canal in Paradip area, Indian Journal of Human Ecology, 26(3): 153-161. Simeonov, V., J.A. Stratis, C. Samara, G. Zachariadis, D. Voutsa, A. Anthemidis, M. Sofoniou and Th. Kouimtzis. 2003. Assessment of the surface water quality in northern Greece. Water Research, 37: 4119-4124. Singh, K.P., A. Malik, D. Mohan and S. Sinha. 2004. Multivariate statistical techniques for the evaluation of spatial and temporal variations in water quality of Gomti River (India): A case study. Water Research, 38(18):3980-92. Todd, D.K., L.W. Mays. 2005. Groundwater Hydrology. 3rd Edition. John Wiley & Sons polishers.

شماره سی و یکم بهار 1397 200 Assessing the hydrochemical evolution of surface waters in Halilrood basin: The use of physicochemical parameters and multivariate statistical techniques M. Faryabi 1 Abstract The Halilrood River is the most important river in the Kerman province and plays an important role in supplying the water needs. Thus, the study of this river quality has a particular importance. This study investigates the hydrochemical evolution of surface waters in Halilrood river basin using chemical analysis of water samples in 12 hydrometric stations. The commonly used hydrochemical methods and statistical techniques were used to this aim. Hydrochemical diagrams such as Piper diagram and series plots were used to evaluate the water quality changes along the river course. The PHREEQC code was used to investigate the interaction between the rocks, sediments and river water. The saturation indexes were calculated for the most important dissolved minerals in river water. Also, the multivariate statistical techniques such as cluster analysis and factor analysis were used to determine factors affecting river water quality. The results of this study show that the total dissolved solids in the river water increases from the highlands to the plains (Due to the dissolution of the rocks and sediments in the river course). Based on the results of this study, the dissolution of rocks and sediments in river water, precipitation and surface evaporation are the most important factors affecting the surface waters quality in the study area. Keywords: Halilrood River, Hydrochemical evolution, Statistical methods, Water quality. 1 Assistant professor, College of Natural Resources, University of Jiroft, Tell: 989133494694, Email: Faryabi753@yahoo.com